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沉积学(简答)

沉积学(简答)
沉积学(简答)

1.试述冲积扇沉积过程并对比泥石流、片流、河道沉积和筛状沉积特征.

答:.在干旱和半干旱地区的山区,季节性的暴雨和高山积雪的融化形成了间歇性河流,间歇性的河流携带着碎屑物质流出山口,因为流速的骤减而沉积,形成了在空间上沿着山口向外延展的巨大锥形沉积体。其沉积产物主要划分为四种:泥石流、片流、河道沉积和筛状沉积。

(1)泥石流沉积

泥石流沉积发生在冲积扇的上部的高密度高粘度的重力流,大量的碎屑物质在泥石流中以块状整体搬运,在扇体堆积后,形成泥石流沉积。

泥石流沉积发生在扇体的上部,对大的特点是砾、砂、泥混杂,分选极差,层砾一般不发育,较细的基质中可能出现巨大的碎屑。粘度大的泥石流其粗碎屑分布均匀,呈块状构造,粘度不大者可具有粒韵层理,扁平状砾石呈水平或叠瓦状排列。在形态上泥石流呈现舌状或叶瓣状,具有陡、厚而清晰的边缘。

(2)片流沉积

片流沉积是一种黏度相对较低的洪水流,主要分布在冲积扇的末端或河道下端,通常在交汇点之下。片流演变成浅的坡面径流,这种流动持续时间短,而且产生高流态条件,它们退化后成为辨状河道和沙坝,这些河道切割席状沉积物的上部表面,形成了一层分选相当好的砂和砾石,中间有小型透镜状夹层和冲刷痕,还可以出现交错层理纹层。

(3)河道沉积

河道沉积或河道填充沉积可能发生在冲积扇中上部。沉积物通常是由低粘度水流所形成的、分选不好的砾石和砂,呈透镜层状。碎屑颗粒较粗的层其砾石可呈叠瓦状排列,而砂层形成交错层理,其砂砾沉积物和周围的沉积物呈槽形接触。具有明显的切割—充填构造。

(4)筛状沉积

在洪水的沉积物负载中缺少细粒沉积物时,在紧靠交汇点下面就形成了筛状沉积。水流流过较古老的高渗透沉积物的时候会向下渗漏,水流就迅速变小,结果就沉寂了碎屑支撑的砾石朵体。

筛状沉积的砾石可能分选得相当好,而且很少呈叠瓦状排列,并且可由棱角状碎屑组成。其充填物质较少,通常是较细碎屑,主要是分选好的砂级碎屑,无明显的层界面,通常是块状沉积层。筛状沉积由于孔渗性好,通常是含水层或含油层。

2.试述沉积物重力流四种类型的支撑机制或支撑结构并图示1-2种相关典型沉积构造

答:沉积物重力流式含有大量悬浮物质并以较高速度向下流动的水体,沉积物重力流中的悬浮物质是砂、粉砂、泥质物,有时还夹有砾石。沉积物重力流多

发源在大陆架之上或大河流的河口前缘,海洋的沉积物重力流规模较大且速度很快,具有很强的侵蚀、搬运能力。沉积物重力流按照形成机理和支撑结构可分为泥石流(包含碎屑流)、颗粒流、液化流和浊流这样四种类型。

泥石流是水和粘土杂基支撑的块体流。碎屑流式含水的砾石级碎屑碰撞和杂基联合支撑的块体流;颗粒流式含水的沙棘颗粒碰撞支撑的块体流和流体流。对于块体流而言,剪切作用分布在整个沉积物块体中,杂基支撑强度主要来自粘附力,其次为浮力,非粘滞性沉积物由分散压力支撑,流动高浓度时呈惯性,低浓度时呈粘性,一般发育在较陡的坡度。岩屑流呈杂基支撑、随机结构、碎屑的粒级变化较大,杂基含量不等;颗粒流一般呈块状、长轴平行于流向并且有叠覆递变冲刷构造。

液化物沉积流是超孔隙压力支撑的砂级颗粒流,其松散的结构格架被破坏变为紧密地格架,流体向上运动,支撑非粘性沉积物,坡度大于30。浊流是水泥沙等近于均匀混合的由湍流支撑的混浊流体,具有鲍玛序列和底面印模构造。

3.试述洪水—漫湖沉积作用及其识别标志

答:洪水—漫湖沉积作用是在湖盆发育的早期,故地形平坦的浅水湖泊中,气候干旱、半干旱条件下形成的,与近源、短源阵发性洪水的注入以及随之而来的沉积作用有关,它类似于海洋环境的潮坪沉积。在宽阔平坦的湖岸环境中,在洪水的高水位面附近的低能带形成了泥和粉砂,形成泥坪;在低水位(枯水位)面附近的高能环境形成砂坪或滩坪;在两个水位面之间形成间歇的湿地坪。洪水注入期,由于洪水流的冲刷充填作用,形成洪水道沉积。泥坪、混合坪暴露在大气中发生龟裂,产生片状砾,被洪水再次搬运,充填与水道中,形成泥质和砂质的内碎屑。洪水的高密、粗组分充填满水道后,细的低密度悬浮物漫出水道四处溢散,形成漫溢沉积。由水道向远处,沉积物之逐渐变细,并叠加覆盖在其它水道沉积物之上。洪水事件结束后,沉积环境变得稳定,潜穴生物开始大量出现并且开始活动。多起洪水的暴发事件形成了洪水水道沉积和漫湖沉积相互叠质的垂向沉积序列。

形成洪水—漫湖沉积的古地理和古水流条件为:湖盆水域范围可能很广,水体浅,属于浅湖环境,湖水面受到季节性洪水的补给作用的影响。洪水期的高水位面和枯水期的低水位面相差很大,这样滨湖浅水环境十分的开阔。

其实别的标志有:

(1)浅色的岩石类型:存在浅色的砂岩粉砂岩,泥质粉砂岩,粉砂质泥岩以及泥岩夹盆内成因的碎屑岩和陆源粗碎屑。细碎屑岩岩系单一,略显正韵律,是漫湖环境沉积产物。粗碎屑是事件性的洪水水道沉积,颜色浅说明沉积于浅水氧化环境中。

(2)明显的冲刷---充填特征:红色砂岩层底面的冲刷构造十分发育。在冲刷

面上出现内碎屑层;内碎屑的岩性取决于被冲刷得岩层的岩性。内碎屑呈椭圆状,可见到正粒序和反粒序,有些内碎屑具有氧化圈,是浅水和暴露于大气的氧化环境。内碎屑的冲刷面看起来像冲积层序的滞留沉积,但是缺少叠瓦状结构,碎屑多位杂基支撑,具有递变层理,还可见直立砾石和漂砾结构。

(3)重力流和牵引流兼而有之的层理类型:洪水—漫湖沉积这种特殊的环境中形成了重力流和牵引流兼而有之的层理类型。与牵引流有关的有波状层理、斜波状层理、小型槽状层理和间或出现的透镜状、压扁状层理,其中以青鱼骨状层理最为特征。与重力流有关的除了冲刷充填构造以外,还有递变层理、平行层理和涡旋层理,在岩心观察中还可见到小型的滑动滑塌变形构造。

(4)缺乏植物碎屑和丰富的生物扰动构造:这种沉积环境中具有丰富的生物扰动构造,具有大小不一的潜穴,但是生物碎屑沉积却很少;

(5)高程分成熟度和低结构成熟度:成分成熟度反映在陆源碎屑岩搬运与改造的历史,这种沉积环境下面,陆源组分成熟度较高,反映了母岩性质和搬运改造较强烈。结构成熟度反映搬运的方式和沉积的特点,这种沉积环境下,呈杂基支撑结构,颗粒多呈次棱角状、分选差,具有似斑状结构,反映结构成熟度较低,是以密度流方式悬浮载荷搬运和沉积作用为主的产物。

(6)特征的“结构退变”现象:洪水—漫湖沉积的陆源组分具有较低的结构成熟度的特征,但是在冲刷沟道中充填的泥质和砂质碎屑其圆度非常好,呈圆状或椭圆状,漂浮在以细粉砂、泥为主的“杂基”中。从磨圆程度上看,其结构成熟度是很高的,但是从“杂基”支撑结构上看,其成熟度是很低的,类似于碳酸盐岩中的“结构退变”。这种“结构退变”现象是洪水---漫湖沉积环境的特有的产物。

(7)多种类型的粒度分布特征:洪水—漫湖沉积的粒度概率曲线比较复杂,可以分成三种类型:第一种为两段、三段型,其粒度细,分布区间小,以粉砂为主,出现在波状、斜波状或块状砂岩中,以跳跃总体为主。属于漫湖环境中的砂坪、混合坪沉积,反映牵引流特征;第二种:两段过渡型,粒度粗,以中细砂为主,分布区间大,出现在平行层理或块状层理中,以悬浮总体为主,分选好,较粗的颗粒由于分异作用构成了分选较差的递变悬浮段,连接于跳跃总体和悬浮总体之间,是重力流向牵引流过渡的类型曲线;第三种为直线型或上凸弧形,粒度区间大,分选差,悬浮总体占整个粒度分布的大部分或全部,是典型的重力流沉积的粒度概率曲线。

简版

(1)洪水—漫湖沉积作用

洪水—漫湖相沉积是湖泊环境中的一种特殊类型,它既不同于一般的河流相、滨浅湖相,也不同于一般的三角洲相和扇三角洲相。它是在湖盆发育早期,

古地形平坦的浅水湖泊中,气候干旱、半干旱的条件下形成的,与近源、短源阵发性洪水的注入及随之而来的沉积作用有关。但又不完全类同于正常分异作用的滨、浅湖沉积,而类似海洋环境的潮坪沉积。多期洪水的暴发事件形成洪水水道沉积与漫湖沉积互相叠置的垂向沉积序列。

(2)洪水-漫湖沉积识别标志

1)浅色的岩石类型:说明沉积于浅水氧化环境。

2)明显的冲刷—充填特征:说明沉积于水浅、流急、涡流作用发育的条件。

3)重力流和牵引流兼而有之的层理类型

4)贫乏的植物屑和丰富的生物扰动构造

5)高成分成熟度与低结构成熟度

6)特征的“结构退变”现象:是洪水—漫湖特殊沉积环境常发育的沉积结

构。

7)多种类型的粒度分布特征:这是因为洪水—漫湖沉积有重力流和牵引流

两种水流机制。

4.简述陆相湖泊风成波浪动力学主要影响因素

答:陆相湖泊中,湖浪和湖流是湖泊的两种水动力。湖泊中的波浪包括:风成波浪、上涌和假潮,以风生浪为最重要,风成波浪受到的影响因素为:

(1)湖盆的大小和形状:湖盆通过一定吹程来大体上控制波浪的能量。很大的湖,其波浪作用于浅海相似。较小的湖,波浪的能量较低,故岸滩不发育。长而狭窄的湖盆中,波浪作用通常是向盆地的两端。波浪的搁浅及折射对沿岸流有重要的影响,故水深是远滨发育的一个重要条件,在宽阔的浅湖中,决不会发育典型的远滨条件;

(2)地形和气候:湖面气候条件,尤其是暴风和大风受到湖盆周围地形的强烈影响。深切谷、峡湾湖、裂谷湖和火山口湖,往往有猛烈的地方性风暴。极强的风吹过湖面整个长度,即使吹成不大,风成波浪也可以强烈影响岸线侵蚀和沉积物的搬运和堆积。

(3)湖泊的方位:湖泊对于主风向的方位,与风吹水面的幅度密切有关,风驱动波浪,并且引发了湖水循环,从而制约沉积物的散布。

5.试述风暴岩概念及特征相标志并图示碎屑风暴岩理想沉积序列

答:风暴岩是指受到风暴作用的扰动后,在正常天气下形成的常态沉积物被重新起动、悬浮,搬运和在沉积所形成的递变浊积岩。Kreisa通过对保存的风暴沉积特征的研究,归纳出了以下的特征相标志:

(1)粗的(风暴沉积)和细的(常态沉积)互层;

(2)侵蚀接触的底面和递变的、具有潜穴的顶部;

(3)底面上壶状、槽状印模;

(4)残留层和悬浮层构成的成对小层;

(5)横向上层组厚度有厚薄变化,呈透镜状;

(6)受改造的,但却是原地的生物群;

(7)粒间渗透结构;

(8)生物逃逸穴;

(9)波浪成因的波状起伏纹层;

(10)沉积构造在垂向上,下部为平行层理,上部为波痕纹层理;

(11)纹层段的纹层向上变薄,杂基增多,粒级递变现象变弱。

碎屑风暴岩理想沉积序列为:(图)

6.试列表对比等深岩和浊积岩沉积特征

答:等深流主要是由大洋温盐旋回驱动的大洋底流,一般都是沿着大陆坡等深线流动,其规模与某些海底扇相当,可以搬运大量细粒沉积物形成沉积物漂流,由等深流形成的沉积岩叫做等深岩。等深岩与浊积岩沉积特征对比如下表:

7.试概述沉积学发展的四个阶段及其主要方面和代表性著作(20分)。

答:沉积学的发展经历了下面四个阶段:

1、初始阶段:1830—1894,这一个阶段主要侧重于古生物地层、煤和生物的研究.Lyell于1830年推出了著作《地层学原理》,提出了将近论古的现实主义原理;1850年Sorby首次使用偏光显微镜研究岩石,并且指出“利用所有偏振光手段是绝对必要的”,来开了对岩石学进行微观研究的序幕;1894年,Walther 写的《作为地质历史的地质学导论》其中提出了“相序”的概念。

2、专业化阶段:1894—1931,开始使用显微镜研究重矿物,1914年Gilbert 首先用各种粒径的砂和不同的水流强度进行了水槽的实验;1930年,Friedmen 和Sanders推出了《沉积学原理》一书;Wenthworth提出了2mm作为砂的粒级的上限;SEPM创刊了《沉积岩石学杂志》。

3、迅速发展阶段:1931—1950,随着热差分析、X-衍射等新的技术在沉积学领域的运用,沉积学研究区域半定量化;1940年Halbouty研究了墨西哥湾物源、海水进退、古海岸线变化、地层尖灭和油气远景;1945年,Krumbein将统计学应用到沉积学中,1949年,Pettiohn编写了《沉积岩》。

4、现代阶段:1950-今,最大的特点是与沉积学相关的交叉学科的大量出现,如层序地层学、资源沉积学、环境沉积学、大地构造沉积学、事件沉积学、全球旋回沉积学、大陆动力沉积学、实验沉积学、和储层沉积学等等,反映沉积学开始由理论研究领域转向实用领域、由局部转向全球。20世纪50年代初现了浊流(重力流)理论,1961年鲍玛建立了浊积岩层序---鲍玛序列。20世纪60年代开始从板块的角度进行沉积学研究。20世纪70年代至今,上述各种交叉学科开

始出现。

沉积学的发展表现了以下的几个特点:概念的转变、新技术和新方法的应用、理论的逐步完善、与其他学科的交叉渗透等等。

8.试概述陆源碎屑沉积学研究现状及展望(20分)。

答:陆源碎屑沉积学研究近几十年来一直受到国内外广大的沉积学工作者的关注,理论上上升了一个新的台阶,同时在寻找油气等沉积矿物方面提供了科学的依据,其发展现状包括以下几个方面:

1、陆源碎屑沉积学理论逐渐丰富和完善:

(1)关于沉积物重力流和事件沉积作用

在陆源碎屑沉积学的研究初期,人们只是对牵引流及其沉积作用有一定的认识,但是随着在深水环境中粗碎屑沉积体的陆续发现,沉积物重力流的概念诞生并且逐渐被人们所重视。在这一概念的指导下,人们陆续在冲积扇、扇三角洲和海底扇等事件沉积体系中发现了大量的油气资源。

目前已经发现的事件沉积作用主要有风暴流沉积、浊积、震积等。

1)风暴沉积和风暴岩

风暴流对沉积环境中的沉积物的影响极为复杂,在流体性质方面,它具有高密度和牵引流的两重性;而在水体运动方式上,不但为水平运动和振荡运动的叠加,而且具有涡流的特点。

目前对于风暴岩的研究中,一般以风暴岩距离物源的远近作为划分风暴岩的标准。Dott提出幕式沉积的概念时指出,在某一环境中可以有一种平均状况或均衡状态,同时存在离开平均状态的偏异。以近岸风浪沉积为例,正偏离可以产生风暴沉积,负偏离产生无沉积或硬底。风暴时(正偏离),暴风浪的增长到顶峰期,主要为侵蚀,顶峰期过后,逐渐发育风暴沉积;平静天气(负偏离)时,形成非事件细粒沉积,或不产生沉积或硬底。

2)浊流沉积和浊积岩

目前的认识是浊流是沉积物重力流中的一种类型。可以解决有关砂质沉积作用中若干明显的反常现象,可以解释那些缺乏浅水改造证据的有粒级层的砂岩层,还能解释在砂岩中有搬运来的浅海有孔虫而与其互层的页岩中却又半深海和深海底栖有孔虫的现象。一套与浊积岩有关的沉寂标志也逐渐得到认可,它们是:(1)砂岩层底界清晰而且明显,向上逐渐变为细砂、粉砂和泥;;(2)砂岩底面有印痕、冲蚀痕等等反映高密度和快速流动水流的沉积标志;(3)许多不同的沉积构造。

浊积岩是一个广泛的概念,包括有沉积物重力流形成的各种沉积物和沉积岩,浊积岩可以形成与任何有沉积物重力流或密度流活动的的环境中,浊积岩有三个主要的特征为:侧向延伸广、侧向厚度变化小以及具有不同级次的鲍玛序列,

而且还有一些不具典型鲍玛序列的粗的碎屑岩。

3)震积作用和震积岩

震积岩是灾变事件岩,是经历过地震作用的原地沉积岩。震积岩的研究,可以提供古斜坡和底构造的信息,同时还可以作为“古地震计”来了解古代地震的分布和强度。

随着灾变论逐步被人们所接受,对于浊积岩,已经建立了一套公认的沉积模式,然而却很少研究地震时间在原地沉积物中的记录。研究地震对沉积物的影响,开始于Barrett对阿拉斯加1964年大地震在该州威廉王子海峡浅水区沉积物的观察,1984年A.Seilacher在对比了现代和古代震积成瘾的沉积物后,提出了微褶纹理、断裂递变层、均一层作为震积沉积物标志性的沉积构造,为震积岩的研究奠定了理论基础。

(2)等深流沉积和等深岩

冷重而且富含氧气的表层水在重力和风的驱动下,下沉到海底并缓慢向外扩散形成底流,沿着陆基等深线流动,流速相对快的底流成为等深流。等深流理论的提出成功地解释了深海浊积岩中有牵引流沉积特征的现象,等深流理论是碎屑沉积学历史上继浊流理论后又一次重要发现。目前对等深流的研究程度还很低,国内在这方面的研究才刚刚起步。

(3)关于热水沉积

近10年来,热水沉积作用的研究在地质地球化学领域形成了一个热潮。热水沉积作用的发现和研究被认为是继板块理论以来地学界有一重大突破。热水沉积作用给沉积学带来了一个新的课题,那就是所研究的沉积物是在热水介质还是在正常水体中沉寂下来的。陈先沛等人在讨论热水沉积作用的概念时指出,热水沉积在多种地质环境中普遍存在,不必定出一个绝对的温度下限值,可以采用明显高于当地背景温度作为标准,同时归纳了热水沉积作用的几个岩石学的标志:同沉积期交代填充作用形成的石英脉、硅化岩和燧石结核、喷溢条带和纹层,礁硅岩套等。

(4)关于泥石流沉积

一直以来对泥石流沉积作为洪(冲)积扇沉积的一个必要组成部分,甚至是最活跃的沉积作用之一。虽然对泥石流沉积作用的特点和规律的研究有很长的历史,但是其杂乱堆积给研究带来了较大的难度,很难总结出规律,因而目前尚没有突破性的进展,仅将其沉积类型分为四大类:冲积扇泥石流沉积、沟谷泥石流和山坡泥石流沉积、火山泥石流沉积和水下泥石流沉积等。1990年崔之久等对一些地方的泥石流剖面进行了深入的沉积学研究,系统总结了泥石流沉积的特点和规律,建立了标准的泥石流沉积相模式。泥石流按照粘度可以分为粘性泥石流和稀性泥石流。陈洪凯发现了一种泥石流新类型---塑性泥石流,总结了他的沉

积特点,分析了形成的地质条件和力学条件。

(5)建立了不同构造背景下的沉积模式

随着沉积学的发展,目前已经从对局部沉积环境的研究进入了对整个盆地范围的沉积环境进行分析的阶段。因此,认识各种类型的沉积相,建立相应的相模式已经成为当前沉积学研究盆地的重要方面。陆源碎屑沉积除了辫状河和网状河外,曲流河、冲积扇、三角洲、湖泊和滨岸相等沉积环境都建立了公认的相模式,并在油气的勘探中取得了广泛的应用。

近些年来,我国的沉积学家们在陆相沉积学领域的研究积累了丰富的经验,取得了较大的成就,将我国中—新生代湖盆碎屑岩充填方式归类为8种模式。近些年来在一些湖盆中发现了风暴沉积体系,极大地丰富了陆源碎屑岩沉积学。 20世纪80年代以前人们一直把粗碎屑三角洲笼统地归入扇三角洲类型,Mcpherson将粗碎屑三角洲进一步划分为扇三角洲和辫状河三角洲两种类型,强调扇三角洲由冲积扇直接进入停滞水体而形成,而辫状河三角洲是由辫状河体系进积到停滞水体中形成的。

而近些年来,现代沙坝—泻湖沉积体系的研究取得较大的进展,1972年Bull 等总结了洪积扇沉积的一些鉴别特征;而且对低能海的沉积层序进行了研究。取得一些成绩。

(6)对中—新生代湖盆砂体有了全面、深入的认识

吴崇筠(1986)-对我国新—中生代湖盆砂体进行了系统研究,认为湖盆砂体的分布和特征受到湖盆的构造活动、地形、物源和气候的控制,同时主张将砂体类型的判别和湖盆沉积相带的划分联系起来,分为:浊积砂体、三角洲砂体、扇三角洲砂体、水下扇三角洲砂体和滩坝砂体,并对这5种砂体的分布形成和特点进行了系统的总结。

顾家裕(1994)对我国各含油气盆地的扇三角洲沉积进行了系统的研究,对扇三角洲的形成条件、形成过程、沉积特点进行了详细阐述,在对扇三角洲划分亚相的同时,对11个微相的标志进行了详细的研究,并且对水下分流河道微相建立了垂相模式,总结了不同微相的生储盖性能及其与油气储集的关系。

朱筱敏(1994)根据滩坝的沉积特征和分布位置划分为湖岸拐弯处滩坝、水下古隆起处滩坝、开阔潜湖滩坝和短轴三角洲侧缘滩坝等4种类型,建立了沉积模式并分析了和油气的关系。

(7)成岩作用研究有新进展

从1893年Walther提出成岩作用的概念来,成岩作用的研究有了很大的进展,近些年来诞生了一些新的理论:

1) Siever等人提出了成岩作用的板块构造理论,认为板块的构造运动通过影响原始碎屑化学组合、沉积早期粒间孔隙水和地层的温度、压力来控制成岩

作用。

2)Surdam等人指出岩石中的次生孔隙是有机物和无机物组分相互作用的结果,并且认为有机酸阴离子通过络合铝硅酸盐中的铝离子导致硅酸盐矿物的溶解。

3)在砂泥岩层序列中,泥岩粘土矿物和有机质在演化过程中析出的有机和无机组分进入砂层中对砂岩的成岩作用和孔隙的演化产生重要的作用,它是石英的次生加大、碳酸盐胶结和自生粘土矿物的形成的物质来源之一。

4)石油的注入会抑制碎屑颗粒中石英次生加大和钾长石的钠长石化。

5)陈彦华(1985)提出了成岩相的概念,将成岩相定义为“沉积环境的物质表现,即反映成岩环境的岩石学特征、地球化学特征和岩石物理学特征的总和”。通过建立成岩相和沉积相、地震相、测井相的相关识别模式,达到预测储集区的目的。。

6)刘盟慧、赵澄林在《碎屑岩储层成岩演化模式》一书中提出了成岩事件、成岩系列、成岩相和成岩演化模式等概念和研究方法;建立了碎屑岩次生孔隙发育带及其形成和演化的机理,对指导深部碎屑岩储层的油气勘探有着重要的理论和实际意义。

2、多种技术和手段的应用

(1)解释沉积环境

1)沉积模拟实验

沉积模拟实验在沉积学研究中占十分重要的地位,它经历了3个发展阶段:初级阶段(19世纪末期至20世纪50年代),受到理论水平和实验条件的限制,主要着眼于沙质底床表面现象的观察和描述;中期阶段(20世纪60—70年代)是大发展阶段,20世纪60年代以水槽实验为主,着眼于沉积构造和形成机理的定性研究,大大推动了陆源碎屑沉积学的发展,20世纪70年代模拟实验的内容已经很广泛,不仅促进陆源碎屑沉积理论的发展,而且对油气藏的勘探开发具有重要的指导意义;20世纪80年代以后,着眼于大型盆地模拟和陆源碎屑沉积学的定量研究。

2)X射线照相技术

利用这一技术不仅可以揭示外部构造形态在沉积物内部的延伸情况,而且可以清晰地显示隐性沉积构造。

(2)确定古水流方向

古水流的研究对于沉积盆地十分重要,它决定了盆地内沉积体的分布、方位和组成。目前对于古水流的研究主要是运用沉积标志和陆源组分,以及地震资料、地层倾角资料及磁组构造资料等。

(3)研究成岩作用

成岩作用的研究是沉积学的一个重要分支,由于它是对沉积物形成岩石的过程中的各种物理化学生物作用的显微现象的研究,研究技术和手段就显得特别重要。目前较为常用的测试方法有:研究孔隙结构的压汞分析和图像分析,研究矿物成分的X-衍射和电子探针,研究孔隙结构、矿物成分和成岩现象的扫描电镜—能谱仪,等等。

3、多学科的交叉渗透

沉积学和一些相关的学科交叉形成了一些新的分支学科。

1)沉积动力学:陆源碎屑沉积动力学是利用物理力学的知识来解释沉积构造的形成以及描述泥砂的运动状态,为重塑古沉积环境提供当时的水动力条件信息。

2)层序地层学:是沉积学和测井、地震地层学等学科的交叉渗透形成的一门新兴科学。目前层序地层学的理论和模式都起源于海相地层,对于更为复杂的陆相地层是不完全适用的,我国的地质工作者认识到这一点,并在陆相层序地层学的研究领域走在了国外的学者的前面。

3)大地构造沉积学:如何从板块构造的角度分析构造运动对沉积作用的影响以及不同大地构造背景下的沉积盆地的特点,使大地构造沉积学需要解决的问题。目前大地构造沉积学研究的主要内容包括:前陆及断陷式湖盆中幕式沉积作用与板块周期活动的关系;不同大地构造背景下沉积盆地古地理、沉积环境和相、沉积过程、充填形式、层序地层格架及海平面变化;重建基于板块理论沉积岩石学方法和标准;对相关矿产进行评价和预测。

4)沉积地球化学:是以沉积物和沉积岩为研究对象,研究其在沉积—成岩过程中所含元素及同位素迁移、聚集以及分布规律的科学。可以为沉积学研究提供古环境的信息,它在古环境分析中的应用主要包括以下两个方面:目前已经广泛使用某些元素、元素含量及比值来判断海相和陆相、氧化与还原、水盆深度、盐度和离岸距离等沉积条件;利用氧、硫、锶、钡的稳定的同位素的分馏特点研究沉积物源、古水温、氧化还原条件、沉积旋回性质,确定海岸线位置和海平面升降;利用硫同位素分馏特点分析与沉积环境关系密切的开放与封闭系统等。

5)测井沉积学:利用连续的地球物理测井资料,在“岩心刻度测井”指导下从测井曲线上识别岩性、沉积构造、沉积体几何形状等信息,它使沉积学从地面露头研究转向井下。测井曲线的连续性和较好的可比性使沉积学的研究范围扩大并且大大提高了研究的精度。测井沉积学主要解决的问题是利用测井曲线进行岩性解释、沉积相划分和地层倾角解释。

另外还包括沉积盆地分析、储层沉积学和环境磁学以及事件沉积学等一些新的学科的出现,这些都大大的加速了沉积学的研究和运用。

4、着眼全球变化的沉积学理论

沉积学的发展经历了一个多世纪,到20世纪60年代,沉积学领域内已经建立了一套公认的理论和方法,但是研究工作仅仅局限在较小地区的沉积作用模式,而且主要是研究正常的沉积作用。20世纪七八十年代后。,随着一些新的底学领域的开拓,沉积学家们已经意识到沉积学必须研究全球变化的各种问题,要从整个地壳演化的角度来认识沉积作用的规律和各种沉积现象。因此全球沉积地质问题、缺氧事件等一系列新的问题被提出来,并成为沉积学的研究热点。

陆源碎屑沉积学的研究展望:

1、从微观到宏观:陆源碎屑沉积学的研究领域正从微观走向宏观。沉积学发展的初期,研究内容局限于岩石学微观特点,随后是沉积岩和沉积相研究。沉积体系和沉积模式概念的提出使沉积学研究扩大到整个盆地,板块构造理论使沉积学的研究走向全球,如何利用板块理论来解释大地构造对沉积物和沉积作用的影响以及在塑造沉积盆地中的作用,正是地学界研究的热点问题。

2、从定性到定量

沉积学刚刚诞生的时候,研究工作仅仅局限在定性的描述,后来利用半定量化的仪器以及在研究中逐渐地使用数学知识,使得沉积学的研究逐渐脱离单纯的定性研究。随着仪器设备的更新和计算机的应用,对沉积学进行定量化研究已经成为大势所趋。如何充分利用计算机和数学知识使其较好地为沉积学服务,是使沉积学有更大发展的关键所在。

3、注意研究学科的交叉渗透

从沉积学的发展可以看到,物理学、化学、生物学和海洋学等科学的重大进步是沉积学发展初期的推动力之一。到20世纪50年代,大量的交叉学科纷纷出现。从某种意义上讲,现代沉积学理论的建立和发展是沉积学和其他学科进行学科渗透和交叉的结果。

4、重视新技术、新方法

没有先进的仪器设备和新的理论,沉积学都不可能取得现在的进步,所以今后的发展还是要继续重视新技术和新方法。

5、理论和实用并重

学科的发展离不开理论的指导,沉积学研究的每次重大的突破都伴随着新理论的诞生,但是新理论新方法需要在实践中去检验,对现有的理论体系进行不断的修正、补充和完善。

6、重视现代沉积环境的研究

现实主义原始的提出是沉积学发展的里程碑,它为沉积学的发展提供了科学的方法论,提倡现代沉积环境研究虽然不能在短时间内带来经济效益,但是从长远来看还是具有重要的意义的。

7、积极推动社会发展

沉积学研究主要围绕寻找矿物资源这一个主题,随着经济的发展,人类面临着资源短缺、环境污染等问题,沉积学作为基础学科,其研究范围也应该围绕资源、环境、灾害等一些主题,为人类社会的生存和发展做出贡献。

9.试概述我国中—新生代陆相沉积盆地的沉积相类型和沉积体系(15分)。

概括我国中-新生代陆相碎屑沉积盆地的自然地理环境,、水流机制和砂体类型可划分出下列沉积体系:

1.陆上环境:冲积扇-辫状河-洪水沉积体系;

曲流河-洪水漫溢-冲积平原沉积体系;

沿岸沼泽化平原-分流河道沉积体系;

风成沉积-干盐湖沉积体系;

2.过渡环境:网状河-三角洲沉积体系;

冲积扇-扇三角洲沉积体系;

3.水下环境:滨岸浅水堡坝沉积体系;风暴重力流沉积体系;

半深水-斜坡水道-湖底扇沉积体系;

深水湖底扇-深切“扇叶”重力流水道沉积体系;

深水槽谷型重力流水道-漫溢沉积体系;拐弯重力流水道沉积体系;

湖底平原层状重力流沉积体系;深盐湖环境表层流-层间流重力流沉积体系;以及火山碎屑重力流、陆上-水下喷发-沉积重力流沉积体系。

沉积相类型有:山麓-洪积相(山前,斜坡带)、河流相、三角洲相,

沉积体系指得是在某一时间地层单元内,根据物源性质、搬运过程、沉积作用和发育演变几方面,把有内在联系的各个沉积相,组成的一个连续体系,它能与相邻的体系区分开来。

10.试论沉积学在油气勘探中的作用(15)

11.简述当前我国沉积学的研究热点和下步发展方向(10分,每回答一条得1分)。(1)加强现代沉积方面的研究工作。

(2)我国在白云岩、硅岩、蒸发岩等岩类学和岩石学的研究上与国外还存在相当大的差距,应尽快缩小这一差距。

(3)沉积后作用(主要是成岩作用)的研究是当前沉积学领域中的热点之一。

虽然我们在这一领域已取得了重要成果,但尚未发现有关这一领域的系统专著出版,需要加大研究力度。

(4)沉积环境和沉积模式也是当今沉积学研究的热点。

(5)应尽快发展沉积地球化学尤其是无机地球化学的研究。

(6)我们在各种模拟试验方面的工作还相当落后,还需要花很大的气力才能赶

上国外当前的水平。

(7)盆地分析是近年来石油地质理论新兴的研究领域。

(8)“活动论”研究学派与“传统”的或“固定论”的古地理或岩相古地理研

究各有千秋,相辅相成。

(9)全球沉积学成为一股研究热潮。

(10) 促进社会发展的资源沉积学和环境沉积学等,是沉积学发展的基本趋势。

12.图示说明河流的心滩和边滩沉积水动力学特征(10分:文字2部分,各2.5分;图件2部分,各2.5分)。

心滩或称河道沙坝是辫状河特有的沉积微相类型。在辫状河道中,沿

主流线两侧形成两个螺旋式前进的双向环流。这种双向环流是由表流和底流构成的连接的螺旋形前进的横向环形水流。表流为发散水流,由中部向两岸流动,并冲刷侵蚀两岸;底流由两岸向河流中心辐聚,并携带沉积物在河床中部堆积下来。遇洪水季节时,这种堆积作用尤为明显,从而形成心滩。如下图所示。

边滩沉积是曲流河中最主要的沉积单元,又称“点沙坝”或“内弯坝”,是河流侧向迁移和沉积物侧向加积的结果。曲流河具有强烈的螺旋状单向环流(见下右图),其横向分量在接近水表面处指向凹岸,在接近底部(底流)处指向凸岸。随曲流河弯曲,螺旋的方向也发生改变。因此,在弯曲河道的两侧和底部,其剪切力具有强烈的不对称性。由于水面流速大于接近河床处的流速,因此最大剪切力接近凹岸。高剪切力导致凹岸的侧向侵蚀,由侵蚀作用形成的沉积物则流

向凸岸并堆积下来。这样,在河流凸岸沉积成砂质的新月型沙坝—边滩(点沙坝)。

心滩形成示意图

13.试列表说明陆相湖盆发育的冲积扇、扇三角洲、三角洲、湖底扇、沟道浊积岩的形成条件与岩性特征。(25分,每种沉积类型各5分:定义1分、形成条件和岩石特征各2分。可单独列表,亦可只列一表对比说明)

14.碳酸盐沉积学的研究现状与发展趋势(15分:2部分各7.5分)。

(1)碳酸盐岩石学和沉积学的研究现状

碳酸盐岩石学和沉积学重大的进展是以Folk(1959,1962)关于碳酸盐岩中异化颗粒和异化沉积观点以及石灰岩的重新分类方案的提出,加上以后Dunham(1962)和Armstrong(1974)等人做了大量碳酸盐古代和现代沉积的研究工作,使碳酸盐岩石学和沉积学发展到了一个全新的阶段。所谓“全新”,仅从20世纪50年代以来碳酸盐岩石学和沉积学的发展主要表现在以下10个方面。

①“异常化学颗粒”(或“异化颗粒”)和“异常化学石灰岩”的观点和分类系统打破了碳酸盐岩是单一成因的“化学岩”的传统观点。

②能量观点的定量标志的引入为碳酸盐岩的分类及沉积环境分析提供了新的、重要的定量依据。Pluenley,et al.(1962)首先把沉积环境的水动力条件的能量大小进行了定量划分。

③碳酸盐岩的分类开始主要依据结构组分为基础的结构一成因分类,使碳酸盐岩岩类学和岩石成因学密切地联系起来。在这一方面,Folk(1959,1962)和Dunham(1962)分类的意义最大,其影响也最深远。

④许多全新的白云石及白云岩生成机理的观点或学说问世了。如潮上盐坪的毛细管浓缩白云化作用或蒸发泵白云化作用、回流渗透白云化作用、海水与淡水的混合白云化作用、调整白云化作用、各种Mg/Ca比值和各类盐度的水体(包括淡水)中的白云化作用以及其它白云化作用等。

⑤对碳酸盐沉积物的沉积后作用有了更深入的认识。

⑥由于对现代碳酸盐沉积的环境模式有了深入的研究,对古代碳酸盐岩的沉积环境分析更加深入了。在出现一系列的全新的碳酸盐沉积环境的概念、模式、术语系统以及分析研究方法的基础上,新的碳酸盐岩岩相古地理学也出现了。在这一方面,Show(1964),Irwin(1965),Laporte(1967,1969),Young,et al. (1972),Armstrong(1974)等人做的大量的研究工作,起了重要的开拓作用。

⑦出现了专门研究和鉴别碳酸盐岩中的生物化石碎片的科学——化石岩石学。在这一方面,Majewake(1969)和Horowitz,et al.(1972)等的专著,起了奠基作用。

⑧碳酸盐岩的研究方法大为改善,许多新的先进的研究手段已被引进碳酸盐岩岩石学和沉积学中。wolf,et al.(1967)的《沉积碳酸盐的研究和分析方法》

是一篇很重要的专题论文。

⑨深水海洋碳酸盐沉积的研究在近20年内有很大的进展。Cook and Enos(1977)主编的《深水碳酸盐沉积环境》是这一方面的代表作。

⑩冯增昭(1982,1992)所倡导的碳酸盐岩岩相古地理单因素综合作图方法推进了我国岩相古地理研究的定量化。

总体而言,碳酸盐岩岩石学和沉积学的研究现状有三个特征,即其研究领域已经从现代碳酸盐到古代碳酸盐岩、从碳酸盐岩类学到碳酸盐岩石学、从浅水碳酸盐(岩)到深水碳酸盐(岩)。

(2)碳酸盐岩沉积学的发展趋势

纵观国内外海相地层的沉积、成岩研究现状,可知碳酸盐岩沉积学的发展趋势大致有如下沉积一成岩过程的物理、化学机制研究等5个方面。

1)古海洋沉积环境的物理、化学、生物化学特征研究:

①古海洋各相带无机沉积物的化学标志——同位素、微量元素等特征的提取与标识;

②古海洋各相带有机沉积物的生物化石及生物化学标志——有机化学组分特征的提取与标识;

③海相地层沉积相带中有机物质的类型及富集规律。

2)地质时期中海相地层中的非均相化学反应及成岩模式研究:

①海相碳酸盐岩地层成岩事件和序列;

②地质时期中海相储盖层所经受的温度、压力及水介质条件;

③海相地层成岩模式及有利储盖层分布特点。

3)古海洋沉积物沉积一成岩过程模拟:

①古海洋碳酸盐沉积过程物理一化学条件模拟;

②古海洋陆源碎屑沉积物下降流、压实流和热循环对流成岩过程模拟

③古海洋碳酸盐沉积物白云岩化成岩过程模拟。

4)现代海洋环境沉积一成岩物理、化学过程研究:

①现代海洋环境物理、化学条件与沉积物特征、分布;

②现代海洋环境与沉积物同生期成岩特征;

③现代和古代海洋环境沉积一成岩特征对比。

5)复杂地质条件下海相地层中成岩和成烃、成藏事件的耦合关系研究:

①成岩矿物中烃类包裹体的物理化学性质;

②成岩与成烃过程的相互影响,进而对海相地层微观结构的改造;

③成岩作用与成烃、成藏的时空配置关系。

15.简述成岩作用研究进展。

16.台缘骨架礁的发育演化通常分为哪几个阶段?每个阶段有哪些特征?

17.以中国某个中新生代陆相含油气盆地为例,表明某层段主要沉积体系分布特征及其与油气富集的关系。

18.试描述并图示理想湖泊风暴流沉积序列(15)P73

19.试描述并图示震积岩中常见的构造(10)P190

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